Le prototypage

Le prototypage consiste à réaliser un exemplaire d’un produit avant sa mise en production, à des fins d’essais ou de démonstration. On en différencie généralement deux types :

  • Un « modèle de test » sert à tester une ou plusieurs fonctions d’un produit. Le but est de faire un modèle rapide et peu cher qui servira à valider les différents aspects du produit en cours de conception par l’expérience.
  • Un vrai prototype, quant à lui, est une copie du produit final aussi précise que possible. Son but est de tester simultanément toutes les fonctions, tout en servant de démonstratif et de preuve de concept. Un vrai prototype sera beaucoup plus raffiné et complexe qu’un modèle de test.

 

La conception et l’impression 3D permettent de réaliser de tels prototypes avec une rapidité et une efficacité inégalable. Là où ces méthodes ne suffisent pas, des équipements classiques de mécanique et électronique peuvent les supplémenter.

Prototypes mélangeurs de cartes impression 3D
L'assemblage en haut à gauche et les deux au milieu sont des modèles de test de mélangur de cartes ; celui en bas à gauche et celui de droite sont des prototypes

Les outils du prototypeur

La visserie

Une diversité considérable de petits composant est nécessaire pour couvrir toutes les éventualités du prototypeur :

  • Vis de tous types et tailles bien sûr : à métal pour inserts, à bois pour se planter dans la masse du plastique, boulons…
  • Inserts en métal, fondus dans la masse d’un impression pour ensuite recevoir une vis solidement
  • Engrenages de nombreux diamètres : ces pièces sont trop fines pour être imprimées en 3D
  • Ressorts variés : dans le besoin, du fil à piano correctement déformé peut être utilisé pour créer des ressorts sur-mesure !
  • Roulements à billes, loquets mécaniques… et bien plus.
Equipement de prototypage mécanique

La mercerie

Pour les prototypes de plus grande dimensions, divers produits de mercerie peuvent servir. Rien que sur cette prothèses de main, on retrouve :

  • Du fil de pêche courant au-dessus de la paume et sous les doigts, servant à tirer sur leurs extrémités pour les recourber quand le poignet est plié
  • De petits élastiques an-dessus des phalanges, pour les ramener à leur position droite quand le poignet est relâché
  • Des formes découpées en feutrine et collées à l’intérieur, pour le confort
  • Des rubans scratch double face, pour la fixation à l’avant-bras
Main Phoenix dessus

L’électronique

De nombreux composants électroniques sont nécessaires pour tester même les fonctions de base :

  • Le cœur de mes prototypes est généralement un micro-ordinateur Arduino de taille variable. Programmés en C++, ceux-ci permettent de simuler le comportement de circuits complexes de manière rapide et flexible. Divers modules ajoutés permettent de commander des moteurs et autres composants complexes.
  • Lesdits moteurs permettent de tester des mouvements simples : les roulements des mélangeurs à cartes, les chenilles de mes divers robots programmables…
  • Toute une panoplie de LEDs, résistances, condensateurs et switchs permettent des fonctions plus complexes.
Equipement de prototypage électronique

Les familles de prototypes

Mécanique

Ce type de prototype dépend exclusivement de composants mécaniques, sans électronique embarquée. Ceci ne les rend pas simples pour autant : le jeu des engrenages et roulements, les tolérances de visserie, l’encombrement des pièces sont autant de facteurs à surveiller.

Contrairement aux autres prototypes, leur fonctionnement est entièrement bloqué dès l’impression : ils ne peuvent pas être reprogrammés en route, et doivent donc être conçus avec une grande précaution !

Mélangeur de cartes modèle 3D

Électro-mécanique

Ces prototypes mélangent l’électronique embarquée avec des composants mécaniques en mouvement, généralement par l’intermédiaire de moteurs. Bien qu’associant les difficultés de la conception mécanique et de la programmation, ils sont plus flexibles que les prototypes mécaniques car ils peuvent être reprogrammés après impression.

Ces prototypes permettent de tester non seulement le fonctionnement mécanique du produit, mais aussi le fonctionnement de ses composants : durée de vie, batterie, risques à l’usager… ils sont donc particulièrement utiles pour les hobbyistes et entreprises.

Robot prototype

Électronique

Dans le cas des appareils purement électroniques, une utilisation majeure de l’impression 3D est pour la réalisation de boîtiers sur-mesure, avant de développer des modèles qui puissent être fabriqués en série. Il faut alors prêter attention à l’encombrement des composants, mais aussi aux problèmes d’évacuation de chaleur, de perturbations électromagnétiques…

Après assemblage avec des composants sourcés sur internet, une première version de tout objet connecté, comme cet ordinateur tablette tout-terrain, peut être testée pour un coût très raisonnable !

Pour de petites et moyennes quantités (moins de 1000 boîtiers), il est de fait généralement plus économe de produire entièrement en impression 3D, économisant ainsi les frais de mise en place des usines d’injection plastique.

Boitier ordinateur ouvert impression 3D